EP0467196B1 - Decodiervorrichtung - Google Patents

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EP0467196B1
EP0467196B1 EP91111388A EP91111388A EP0467196B1 EP 0467196 B1 EP0467196 B1 EP 0467196B1 EP 91111388 A EP91111388 A EP 91111388A EP 91111388 A EP91111388 A EP 91111388A EP 0467196 B1 EP0467196 B1 EP 0467196B1
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EP
European Patent Office
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shift register
counter
code
prc
detector element
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EP91111388A
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EP0467196A2 (de
EP0467196A3 (en
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Walter Dr. Kranitzky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/282—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding of the pattern-shifting type, e.g. pseudo-random chain code
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2492—Pulse stream
    • G01D5/2495—Pseudo-random code

Definitions

  • the invention relates to a device for decoding a code according to the preamble of claim 1.
  • EP-0 116 636 B1 which describes a device for optical position measurement which has the features of the preamble of the main claim of the present invention.
  • the object of the invention is to achieve decoding in so-called real time, that is to say within a period of the maximum possible bit frequency.
  • the advantages of the device are that the length of the code to be decoded is not important. Furthermore, it is not necessary to read out position values from a comparison table, this reduces the storage effort and thereby avoids long evaluation times. The interference immunity is high due to the lag characteristic. A second track for the transmission of a clock signal is not required.
  • the device can be completely integrated as a circuit in a user-specific integrated circuit (ASIC).
  • FIG. 1 shows a material measure 1 on which a so-called pseudo random code PRC of 3 bits in length is applied.
  • PRC pseudo random code
  • the code word currently shown in the example corresponds to the decimal number "1" and delivers the signal combination with the logical states 001.
  • This binary signal combination is applied to a comparator 3, which compares the current content of a shift register 4 with the signal combination supplied by the detector 2.
  • a 24 bit PRC is assumed. From the detector, not shown (which corresponds to that of FIG. 1, but has 24 scanning windows), 24 signals are supplied which represent the PRC to be decoded.
  • the 24 signals I (0:23) are first stored in a memory 26.
  • the stored signals L (0:23) are compared in fifteen 24-bit comparison circuits E0 to E14 with the current content of a left / right shift register 24.
  • the shift register 24 consists of the partial shift registers 24a, 24b and 24c.
  • the length that is to say the capacity of the shift register 24b corresponds to the length of the PRC, in this case 24 bits.
  • the length of the partial shift registers 24a and 24c influences the interference immunity of the circuit and is limited by the circuit complexity.
  • the fifteen comparison circuits E0 to E14 are each connected to 24 successive outputs of the shift register 24.
  • the outputs of the seven "upper” comparison circuits E0 to E6 are combined with an OR gate 27, at whose output a signal SR is present.
  • the signal SR becomes "1" as soon as the input code L (0:23) - which corresponds to the scanning signal combination I (0:23) - matches one of the bit sequences C (0:23) to C (6:29) of the shift register content.
  • a signal SL is obtained from the comparison circuits E8 to E14 by means of an OR gate 28. This becomes “1" as soon as the input code L (0:23) matches one of the bit sequences C (8:31) to C (14:37) of the shift register 24.
  • E7 denotes a comparator that is symmetrical between the comparators E0 to E6 and E8 to E14 already described. Its output signal SN becomes "1" as soon as the input code L (0:23) matches the content C (7:30) of the middle shift register 24b.
  • the signals SR, SN and SL generated by the comparators E0 to E14 are used for the synchronous control of the shift register 24 and a counter 25, to which a clock generator (not shown) is also connected in the usual way.
  • the release of clock pulses for the counter 25 and the shift register 24 depends on the state of an enable signal ENA, which in turn is controlled by the binary states of the aforementioned comparison-dependent signals SR, SN and SL.
  • the current input code corresponds to one of the bit sequences C (0:23) to C (14:37) of the shift register 24 and the counter synchronized with it represents the absolute position of the measuring standard with respect to the detector element with its binary counter reading.
  • the signal SR determines the counting or shifting direction of the counter 25 or the shift register 24. In this way it is achieved that the content of the shift register 24 and the count of the counter 25 change synchronously until the content of the shift register 24b C (7) to C (30) corresponds to the input code L (0:23). Since the shift register 24 and the counter 25 are controlled synchronously, the relationship between the content of the shift register 24 and the count of the counter 25 is clear.
  • the output signals A (0:23) of the counter 25 can be stored in an output buffer memory 29. They reproduce the binary code corresponding to the pseudo random code PRC.
  • the shift register 24 contains a bit sequence of the pseudo random code PRC.
  • the next following bit of the PRC must therefore be provided at the inputs of the partial shift registers 24a and 24c before the shifting processes.
  • the partial shift register 24a receives an input signal, which is selected by a PRC generator 30 of the signals C (0:23) is formed. Since a similar function for shifting to the left does not exist, the input signal for the partial shift register 24c is taken from a read-only memory 31. In the simplest case, the read-only memory 31 contains the entire PRC (2 21 bits). The assignment to the addresses of the read-only memory 31 defines the offset between the PRC and the binary code. If the input code does not correspond to any of the bit sequences contained in the shift register 24, the enable signal ENA is deactivated.
  • a search timer 32 expires and, in the simplest case, causes all counter bits to be set. The entire PRC is then run through in the left shift mode until the content of the partial shift register 24b corresponds to the input code.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Decodieren eines Codes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Aus der Literatur sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren zum Decodieren von Codes bekannt. Als relevanter Stand der Technik sei von der EP-0 116 636 B1 ausgegangen, in der eine Einrichtung zur optischen Positionsmeßung beschrieben ist, die die Merkmale des Oberbegriffes des Hauptanspruches der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Decodierung in sogenannter Echtzeit zu erreichen, das heißt innerhalb einer Periode der maximal möglichen Bitfrequenz.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Die Vorteile der Vorrichtung liegen darin, daß die Länge des zu decodierenden Codes nicht von Bedeutung ist. Ferner ist das Auslesen von Positionswerten aus einer Vergleichstabelle nicht erforderlich, das verringert den Speicheraufwand und vermeidet dadurch lange Auswertezeiten. Durch Nachlaufeigenschaft ist die Störsicherheit hoch. Eine zweite Spur für die Übertragung eines Taktsignales ist nicht erforderlich. Die Vorrichtung kann als Schaltung vollständig in einem anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) integriert werden.
  • Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    ein Prinzipschaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
    Figur 2
    ein konkretes Ausführungsbeispiel.
  • Figur 1 zeigt eine Maßverkörperung 1, auf der ein sogenannter Pseudo Random Code PRC von 3 Bit Länge aufgebracht ist. Damit sind nach allgemeiner Definition 7 Zeichen darstellbar (dezimal 1 bis 7).
  • Ein Detektorelement 2, das als 3 Bit-Array ausgebildet ist, tastet in Pfeilrichtung den Pseudo Random Code PRC ab. Die Abtastung erfolgt schrittweise, so daß nach und nach 2n-1=7 Codewörter entstehen.
    Das im Beispiel dargestellte - momentan abgetastete Codewort entspricht der dezimalen Zahl "1" und liefert die Signalkombination mit den logischen Zuständen 001. Diese binäre Signalkombination liegt an einem Vergleicher 3 an, der den momentanen Inhalt eines Schieberegisters 4 mit der vom Detektor 2 gelieferten Signalkombination vergleicht.
  • In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis werden entweder die Inhalte des Schieberegisters 4 und eines Zählers 5 synchron verändert, bis Übereinstimmung mit der Eingangssignalkombination besteht und der Zähler 5 die absolute Position des Detektors 2 relativ zur Maßverkörperung 1 angibt, oder aber Schieberegisterinhalt und Zählerstand werden nicht verändert, weil schon Übereinstimmung besteht.
  • Diese prinzipielle Erläuterung wird durch eine eingehendere Beschreibung anhand der Figur 2 ergänzt.
  • Für diesen Fall wird ein 24 Bit-PRC angenommen. Vom nicht dargestellten Detektor (der sinngemäß dem aus Figur 1 entspricht, aber 24 Abtastfenster aufweist) werden 24 Signale geliefert, die den zu decodierenden PRC darstellen. Die 24 Signale I (0:23) werden zunächst in einem Speicher 26 gespeichert. Die gespeicherten Signale L (0:23) werden in fünfzehn 24 Bit Vergleichsschaltungen E0 bis E14 mit dem momentanen Inhalt eines Links-/Rechts-Schieberegisters 24 verglichen.
  • Das Schieberegister 24 besteht aus den Teil-Schieberegistern 24a, 24b und 24c. Die Länge, das heißt die Kapazität des Schieberegisters 24b entspricht der Länge des PRC, hier also 24 Bit. Die Länge der Teil-Schieberegister 24a und 24c beeinflußt die Störfestigkeit der Schaltung und wird durch den Schaltungsaufwand begrenzt.
  • Die fünfzehn Vergleichsschaltungen E0 bis E14 sind jeweils mit 24 aufeinanderfolgenden Ausgängen des Schieberegisters 24 verbunden.
  • Die Ausgänge der sieben "oberen" Vergleichsschaltungen E0 bis E6 werden mit einem Oder-Gatter 27 zusammengefaßt, an dessen Ausgang ein Signal SR ansteht. Das Signal SR wird "1", sobald der Eingangscode L (0:23) - der der Abtastsignalkombination I (0:23) entspricht - mit einer der Bitfolgen C (0:23) bis C (6:29) des Schieberegisterinhaltes übereinstimmt.
  • In gleicher Weise wird mittels eines Oder-Gatters 28 ein Signal SL aus den Vergleichsschaltungen E8 bis E14 gewonnen. Dieses wird "1", sobald der Eingangscode L (0:23) mit einer der Bitfolgen C (8:31) bis C (14:37) des Schieberegisters 24 übereinstimmt.
  • Mit E7 ist ein Vergleicher bezeichnet, der symmetrisch zwischen den bereits beschriebenen Vergleichern E0 bis E6 und E8 bis E14 liegt. Dessen Ausgangssignal SN wird "1", sobald der Eingangscode L (0:23) mit dem Inhalt C (7:30) des mittleren Schieberegisters 24b übereinstimmt.
  • Die durch die Vergleicher E0 bis E14 erzeugten Signale SR, SN und SL werden zur synchronen Steuerung des Schieberegisters 24 und eines Zählers 25 verwendet, an die in üblicher Weise auch ein nicht dargestellter Taktgenerator angeschlossen ist. Die Freigabe von Taktimpulsen für den Zähler 25 und das Schieberegister 24 hängt vom Zustand eines Freigabesignales ENA ab, welches wiederum von den binären Zuständen der vorerwähnten vergleichsabhängigen Signalen SR, SN und SL gesteuert wird.
  • Ist SN gleich "1" oder SN, SR und SL gleichzeitig "0", so wird das Freigabesignal ENA am Schieberegister 24 und am Zähler 25 gleich "0", so daß weder Schiebe- noch Zählvorgänge erfolgen können.
  • In diesen Fällen entspricht der momentane Eingangscode einer der Bitfolgen C (0:23) bis C (14:37) des Schieberegisters 24 und der damit synchronisierte Zähler repräsentiert mit seinem binären Zählerstand die absolute Position der Maßverkörperung zum Detektorelement.
  • Wenn das Freigabesignal ENA gleich "1" ist, so legt das Signal SR die Zähl- bzw. die Schieberichtung des Zählers 25 bzw. des Schieberegisters 24 fest. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich der Inhalt des Schieberegisters 24 und der Zählerstand des Zählers 25 synchron ändern, bis der Inhalt des Schieberegisters 24b C (7) bis C (30) dem Eingangscode L (0:23) entspricht. Da das Schieberegister 24 und der Zähler 25 synchron gesteuert werden, ist die Beziehung zwischen dem Inhalt des Schieberegisters 24 und dem Zählerstand des Zählers 25 eindeutig.
  • Die Ausgangssignale A (0:23) des Zählers 25 können in einem Ausgangs-Pufferspeicher 29 gespeichert werden. Sie geben den dem Pseudo Random Code PRC entsprechenden Binärcode wieder.
  • Es muß zu jedem Zeitpunkt dafür gesorgt werden, daß das Schieberegister 24 eine Bitfolge des Pseudo Random Code PRC enthält. Vor den Schiebevorgängen ist daher das nächstfolgende Bit des PRC an den Eingängen von den Teil-Schieberegistern 24a bzw. 24c bereitzustellen. Während des Rechtsschiebens erhält das Teil-Schieberegister 24a ein Eingangssignal, das über einen PRC-Generator 30 aus einigen der Signale C (0:23) gebildet wird. Da eine ähnliche Funktion für das Linksschieben nicht existiert, wird das Eingangssignal für das Teil-Schieberegister 24c einem Festwertspeicher 31 entnommen. Der Festwertspeicher 31 enthält im einfachsten Fall den gesamten PRC (2²¹ Bit). Die Zuordnung zu den Adressen des Festwertspeichers 31 legt den Offset zwischen PRC und Binärcode fest. Entspricht der Eingangscode keiner der im Schieberegister 24 enthaltenen Bitfolgen, so wird das Freigabesignal ENA deaktiviert.
  • Somit können kurzzeitig auftretende Fehler im Eingangscode, die von Störsignalen hervorgerufen werden, den Ausgangscode nicht beeinflussen. Nach Abklingen der Störung wird der Ausgangscode dem Eingangscode "nachlaufen" - Der Fangbereich, und damit die maximal zulässige Dauer eines Störsignals, ist durch die Länge der Teil-Schieberegister 24a und 24c bestimmt.
  • Wird über längere Zeit kein gültiger Eingangscode erkannt, so läuft ein Suchtimer 32 ab und bewirkt im einfachsten Fall ein Setzen aller Zählerbits. Danach wird der gesamte PRC im Linksschiebebetrieb durchlaufen, bis der Inhalt vom Teil-Schieberegister 24b dem Eingangscode entspricht.
  • In gleicher Weise ist nach dem Einschalten ein einmaliges Durchsuchen des PRC einzuleiten.
  • Folgende weitere Merkmale verbessern die Eigenschaften der Erfindung, ändern aber nichts am Grundprinzip:
    • Paralleles Übertragen des Inhalts des Festwertspeichers 31 in das Schieberegister 24 während des Suchvorganges und der Initialisierung. Dadurch wird die Initialisierungszeit reduziert.
    • Intelligente Suchroutinen: Nach Auftreten einer Störung wird zunächst die enge Nachbarschaft des letzten gültigen Codewerts durchsucht. Der Suchbereich wird schrittweise erweitert.
    • Aufteilung des Festwertspeichers 31 in ROM- und RAM-Bereiche. Das ROM enthält 24 bit PRCs in großen Abständen. Während des Betriebs wird der jeweils vom Teil-Schieberegister 24c benötigte Teil vom Festwertspeicher 31 mit Hilfe eines zweiten, linear rückgekoppelten Schieberegisters in den RAM-Bereich geschrieben. Auf diese Weise läßt sich der Speicherbedarf wesentlich reduzieren.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zum Decodieren eines Codes, vorzugsweise eines sogenannten Pseudo Random Codes mit n Bits Länge, der mit einem Detektorelement abgetastet wird, mit einem Schieberegister, einem Zähler und wenigstens einer Vergleichsschaltung, wobei das Schieberegister mit dem Zähler synchronisiert ist, und deren Eingänge mit der Vergleichsschaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung aus k (k>3) Vergleichsschaltungen (E0 bis E14) besteht, die je über n Vergleichskanäle verfügen und daß die vom Detektorelement (2) ermittelten n Signale parallel den k n-Bit-Vergleichsschaltungen (E0 bis E14) zum Vergleich mit dem Inhalt des Schieberegisters (24) zugeführt werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vergleichsschaltung (E0 bis E14) die zu decodierende Abtastsignalkombination (L(0:23)) wie auch der im Schieberegister (24) momentan abgespeicherte Inhalt z.B. (C(0:23 bis C (6:29)) in seiner gesamten Länge angeboten wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (24) wenigstens eine Länge von n+2 Bits aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement (2) als Abtastarray mit n Abtastfeldern ausgebildet ist.
EP91111388A 1990-07-14 1991-07-09 Decodiervorrichtung Expired - Lifetime EP0467196B1 (de)

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EP0467196A3 EP0467196A3 (en) 1993-09-01
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